загрузка...
загрузка...
На головну

Растровиий едектронний мікроскоп

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Растровий електронний мікроскоп - Прилад, що дозволяє отримувати зображення поверхні зразка з великою роздільною здатністю (кілька нанометрів). Ряд додаткових методів дозволяє отримувати інформацію про хімічний склад приповерхневих шарів.

Досліджуваний зразок в умовах високого вакууму сканується сфокусованим електронним пучком середніх енергій.

Залежно від механізму реєстрування сигналу розрізняють кілька режимів роботи скануючого електронного мікроскопа:

· Режим відбитих електронів,

· Режим вторинних електронів,

· Режим катодолюминесценции і ін.

Розроблені методики дозволяють досліджувати не тільки властивості поверхні зразка, а й отримувати і візуалізувати інформацію про властивості підповерхневих структур.

Історія СЕМ (РЕМ)

- 1935 Запропоновано ідея РЕМ

- 1938 Побудований перший РЕМ (Von Ardenne)

- 1 965 Перший комерційний РЕМ виготовлений фірмою Cambridge Instruments

ПЕРЕВАГИ РЕМ

- Значна глибина різкості зображення (об'ємність)

- Великі розміри об'єктів

- Простота системи електронної оптики

- Великий діапазон збільшень: від 3-х разів до 150 000 разів

Растровий електронний мікроскоп Zeiss Leo Supra 35

Мікрофотографія пилку дозволяє оцінити можливості режиму ВЕ РЕМ

Мікрофотографія інтерфейсу між оксидной (темні поля) і металевої (світлі поля) складовими дозволяє оцінити можливості режиму ОЕ РЕМ

Принципова схема «історичного» скануючого мікроскопа. Починаючи з 1980 року, кінескоп синхронізований з РЕМ поступився місцем пристроїв цифрового накопичення зображень

Схема РЕМ, оснащеного детектором рентгенівських променів - «РСМА» (микрозондом)

Види взаємодії електронів з речовиною

вторинні електрони

РЕМ JEOL JSM 6430F

Растровий електронний мікроскоп Zeiss Leo Supra 35

Мікрофотографія пилку дозволяє оцінити можливості режиму ВЕ РЕМ

Мікрофотографія інтерфейсу між оксидной (темні поля) і металевої (світлі поля) складовими дозволяє оцінити можливості режиму ОЕ РЕМ

Растровий електронний мікроскоп (РЕМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM) - прилад, заснований на принципі взаємодії електронного пучка з речовиною, призначений для отримання зображення поверхні об'єкта з високим просторовим дозволом (кілька нанометрів), а також про склад, будову та деяких інших властивості приповерхневих шарів.

Принцип роботи РЕМ, що полягає в скануванні поверхні зразка сфокусованим електронним пучком і аналізі відбитих від поверхні частинок і виникає в результаті взаємодії електронів з речовиною рентгенівського випромінювання, був вперше запропонований в роботах Максом Кноллом і Манфредом фон Арденне в 1930 роки. Аналіз частинок дозволяє отримувати інформацію про рельєф поверхні, про фазовий відмінності і кристалічній структурі приповерхневих шарів. Аналіз рентгенівського випромінювання, що виникає в процесі взаємодії пучка електронів зі зразком дає можливість якісно і кількісно охарактеризувати хімічний склад приповерхневих шарів.

Роботи, які велися в Кембриджському університеті групою Чарльза Отли в 1960 роки дуже сприяли розвитку РЕМ і в 1965 році фірмою «Cambridge Instrument Co.» був випущений перший комерційний скануючий електронний мікроскоп - Stereoscan. [1]

Сучасний РЕМ дозволяє працювати в широкому діапазоні збільшень приблизно від 10 крат (тобто еквівалентно збільшенню сильної ручної лінзи) до 1 000 000 крат, що приблизно в 500 разів перевищує межа збільшення кращих оптичних мікроскопів.

Сьогодні можливості растрової електронної мікроскопії використовуються практично у всіх областях науки і промисловості від біології до наук про матеріали. Існує величезна кількість випущених десятками фірм різноманітних конструкцій і типів РЕМ, оснащених детекторами різних типів.

Основні типи сигналів, які генеруються в процесі роботи РЕМ:

сигнал детектора вторинних електронів (ВЕ або режим рельєфу)

відбитих електронів (ОЕ або режим фазового контрасту)

пройшли через зразок електрони, в разі встановленої STEM-приставки (використовується для дослідження органічних об'єктів)

дифракції відбитих електронів (ДОЕ)

втрати струму на зразку (ПЕ або детектор поглинених електронів)

ток пройшов через зразок (ТЕ або детектор пройшли електронів)

характеристичне рентгенівське випромінювання (РСМА або ренгеноспектральний микроанализ)

ВДА або волнодісперсіонний аналіз)

світловий сигнал (КЛ або катодолюмінесценція).

Всі можливі типи детекторів, встановлені на одному приладі зустрічаються вкрай рідко.

Детектори вторинних електронів - перший і традиційно встановлюється на всі РЕМ тип детекторів. В цьому режимі роздільна здатність РЕМ максимальна. Дозвіл детекторів вторинних електронів в сучасних приладах вже досить для спостереження субнанометрових об'єктів. [2] Через дуже вузького електронного променя РЕМ мають дуже великою глибиною різкості (0.6-0.8 мм), що на два порядки вище, ніж у оптичного мікроскопа і дозволяє отримувати чіткі мікрофотографії з характерним тривимірним ефектом для об'єктів зі складним рельєфом. Це властивість РЕМ вкрай корисно для розуміння поверхневої структури зразка. Мікрофотографія пилку демонструє можливості режиму ВЕ РЕМ.

Відбиті електрони (ОЕ) - це електрони пучка, відбиті від зразка пружним розсіюванням. ОЕ часто використовуються в аналітичному РЕМ спільно з аналізом характеристичних спектрів рентгенівського випромінювання. Оскільки інтенсивність сигналу ОЕ безпосередньо пов'язана із середнім атомним номером (Z) засвічується області зразка, зображення ОЕ несуть в собі інформацію про розподіл різних елементів в зразку. Наприклад, режим ОЕ дозволяє виявити колоїдні золоті імунні мітки діаметра 5-10 нм, які дуже важко або навіть неможливо виявити в біологічних об'єктах в режимі ВЕ. Мікрофотографія поверхні аншліфа метал-оксидної системи демонструє можливості режиму ОЕ РЕМ.

Характеристичне рентгенівське випромінювання генерується в разі, коли електронний промінь вибиває електрони з внутрішніх оболонок елементів зразка, змушуючи електрон з більш високого енергетичного рівня перейти на нижній рівень енергії з одночасним випусканням кванта рентгенівського випромінювання. Детектування спектра характеристичного рентгенівського випромінювання дозволяє ідентифікувати склад і виміряти кількість елементів в зразку.

Історія

Історія електронної мікроскопії, зокрема і РЕМ, почалася з теоретичних робіт німецького фізика Ганса Буша про вплив електромагнітного поля на траєкторію заряджених частинок. У 1926 році він довів, що такі поля можуть бути використані в якості електромагнітних лінз, [3] встановивши таким чином основоположні принципи геометричної електронної оптики. У відповідь на це відкриття виникла ідея електронного мікроскопа і дві команди - Макс Кнолл і Ернст Руска з Берлінського технічного університету та Ернст Бруш з лабораторії EAG спробували реалізувати цю ідею на практиці. І в 1932 році Кнолл і Руска створили перший трансмісійний електронний мікроскоп [4].

Перший скануючий електронний мікроскоп

Після переходу в німецьку радіокомпанію Telefunken для проведення досліджень телевізорів на катодних трубках Макс Кнолл розробив аналізатор електронної трубки або «аналізатор електронного пучка», який моделював всі необхідні характеристики скануючого електронного мікроскопа: зразок розташовувався з одного боку відпаяні скляної трубки, а електронна гармата з іншого. Електрони, прискорені напругою від 500 до 4000 вольт, фокусувалися на поверхні зразка, а система котушок забезпечувала їх відхилення. Пучок сканував поверхню зразка зі швидкістю 50 зображень в секунду. Вимірювання струму, що пройшов через зразок, дозволяло відновити зображення його поверхні. Перший прилад, який використовує цей принцип, був створений в 1935 році. [5]

У 1938 році німецький фахівець Манфред фон Арденне побудував перший скануючий електронний мікроскоп. [6] Але цей апарат ще не був схожий на сучасний РЕМ, так як на ньому можна було дивитися тільки дуже тонкі зразки на просвіт. Тобто це був скоріше скануючий трансмісійний електронний мікроскоп (СПЕМ або STEM). Крім того, крім реєстрації зображення на кінескопі, в приладі була реалізована система фотореєстрації на плівку, розташовану на барабані, що обертається. Фон Арденне по-суті додав, що сканує систему до трансмісійний електронний мікроскоп. Електронний пучок діаметром 0.01 мкм сканував поверхню зразка, а минулі електрони засвічували фотоплівку, яка переміщалася синхронно з електронним пучком. Перша мікрофотографія, отримана на СПЕМ, зафіксувала збільшений в 8000 разів кристал ZnO з дозволом від 50 до 100 нанометрів. Зображення складалося з растра 400х400 точок і для його накопичення було необхідно 20 хвилин. Мікроскоп мав дві електростатичні лінзи оточені відхиляють котушками.

У 1942 році, російський фізик і інженер Володимир Зворикін, який працює в той час в лабораторії Radio Corporation of America в Прінстоні в США, опублікував деталі першого скануючого електронного мікроскопа, що дозволяє проаналізувати не тільки тонкий зразок на просвіт, а й поверхню масивного зразка. Електронна гармата з вольфрамовим катодом еміттірованних електрони, які потім прискорювалися напругою 10 кіловольт. Електронна оптика апарату була складена з трьох електростатичних котушок, а котушки, що відхиляють розміщувалися між першою і другою лінзою. Щоб забезпечити зручність розміщення зразка і маніпулювання їм в конструкції РЕМ електронна гармата розташовувалася внизу мікроскопа. У цій конструкції була неприємна особливість - ризик падіння зразка в колону мікроскопа. Цей перший РЕМ досягав рішення близько 50 нанометрів. Але в цей час бурхливо розвивалася просвічує електронна мікроскопія, на тлі якої РЕМ здавався менш цікавим приладом, що позначилося на швидкості розвитку цього виду мікроскопії. [7]

Розвиток скануючого електронного мікроскопа

В кінці 1940 років Чарльз Отли будучи головою конференції відділу проектування Кембриджського університету у Великобританії зацікавився електронної оптикою і вирішив оголосити програму розробки скануючого електронного мікроскопа в доповнення до ведуться в відділі фізики робіт над просвітчастим електронним мікроскопом під керівництвом Еліс Косслетт. Один зі студентів Чарльза Отли, Кен Сандер, почав працювати над колоною для РЕМ використовуючи електростатичні лінзи, але змушений був через рік перервати роботи через хворобу. Роботу в 1948 році відновив Денніс Макміллан. Він з Чарльзом Отли побудував їх перший РЕМ (SEM1 або Scanning Electron Microscope 1) і в 1952 році цей інструмент досяг дозволу 50 нанометрів і, що найбільш важливо, забезпечив тривимірний ефект відтворення рельєфу зразка - характерну особливість всіх сучасних РЕМ. [8]

У 1960 році Томас Еверхарт і Річард Торнлі винайшовши новий детектор (детектор Еверхарт-Торнлі) прискорили розвиток реєстрового електронного мікроскопа. Цей детектор вкрай ефективний для збору як вторинних, так і відбитих електронів стає дуже популярним і зустрічається зараз на багатьох РЕМ.

Принцип роботи

Роздільна здатність (здатність розрізняти тонкі деталі) людського ока, озброєного оптичним мікроскопом, крім якості збільшувальних лінз обмежена довжиною хвилі фотонів видимого світла. Найбільш потужні оптичні мікроскопи можуть забезпечити спостереження деталей з розміром 0.1-0.2 мкм. [9] Якщо ми захочемо побачити більш тонкі деталі, необхідно скоротити довжину хвилі, яка висвітлює об'єкт дослідження. Для цього можна використовувати не фотони, а, наприклад, електрони, довжина хвилі яких набагато менше. Електронні мікроскопи - результат втілення цієї ідеї.

Принципова схема «історичного» скануючого мікроскопа. Починаючи з 1980 року, кінескоп синхронізований з РЕМ поступився місцем пристроїв цифрового накопичення зображень

Нижченаведений малюнок ілюструє принципову схему РЕМ: тонкий електронний зонд (електронний пучок) направляється на аналізований зразок. В результаті взаємодії між електронним зондом і зразком виникають низькоенергетичними вторинні електрони, які відбираються детектором вторинних електронів. Кожен акт зіткнення супроводжується появою електричного сигналу на виході детектора. Інтенсивність електричного сигналу залежить як від природи зразка (в меншій мірі), так і від топографії (більшою мірою) зразка в області взаємодії. Таким чином, скануючи електронним пучком поверхню об'єкта можливо отримати карту рельєфу проаналізованої зони.

Тонкий електронний зонд генерується електронною гарматою, яка грає роль джерела електронів, скороченого електронними лінзами, які грають ту ж роль по відношенню до електронного пучку як фотонні лінзи в оптичному мікроскопі до світлового потоку. Котушки, розташовані відповідно до двох взаімоперпендікулярних напрямками (x, y), перпендикулярним напрямку пучка (z) і контрольовані синхронізованими струмами, дозволяють піддати зонд скануванню подібно скануванню електронного пучка в електронно-променевої трубки телевізора. Електронні лінзи (зазвичай сферичні магнітні) і котушки, що відхиляють утворюють систему, звану електронної колоною.

У сучасних РЕМ зображення реєструється виключно в цифровій формі, але перші РЕМи з'явилися на початку 1960 років задовго до поширення цифрової техніки і тому зображення формувалося способом синхронізації розгорток електронного пучка в кінескопі з електронним пучком в РЕМ і регулювання інтенсивності трубки вторинним сигналом. Зображення зразка тоді з'являлося на фосфоресцируют екрані кінескопа і могло бути зареєстровано на фотоплівці.

Схема РЕМ, оснащеного детектором рентгенівських променів - «РСМА» (микрозондом)

Основа скануючого електронного мікроскопа - електронна гармата і електронна колона, функція якої полягає у формуванні остросфокусірованного електронного зонда середніх енергій (10 - 50 кеВ) на поверхні зразка. Прилад обов'язково повинен бути оснащений вакуумною системою (в сучасних моделях мікроскопів високий вакуум бажаний, але не обов'язковий). Також в кожному РЕМ є предметний столик, що дозволяє переміщати зразок мінімум в трьох напрямках. При взаємодії зонда з об'єктом виникають кілька видів випромінювань, кожне з яких може бути перетворено в електричний сигнал. Залежно від механізму реєстрування сигналу розрізняють кілька режимів роботи скануючого електронного мікроскопа: режим вторинних електронів, режим відбитих електронів, режим катодолюминесценции і ін. РЕМ оснащуються детекторами дозволяють відібрати і проаналізувати випромінювання виникло в процесі взаємодії і частки змінили енергію в результаті взаємодії електронного зонда із зразком . [10] Розроблені методики дозволяють досліджувати не тільки властивості поверхні зразка, а й візуалізувати інформацію про властивості підповерхневих структур.

Взаємодія електронів з речовиною

Види взаємодії електронів з речовиною

У класичному мікроскопі видиме світло реагує зі зразком і відображені фотони аналізуються детекторами або оком людини. В електронній мікроскопії пучок світла замінений пучком електронів, що взаємодіють з поверхнею зразка і відображені фотони замінені цілим спектром частинок і випромінювання: вторинні електрони, обратноотраженние електрони, Оже-електрони, рентгенівське випромінювання, катодолюмінесценція і т. Д. Ці частинки і випромінювання є носіями інформації різного типу про речовину, з якого створений зразок [10].

вторинні електрони

В результаті взаємодії з атомами зразка електрони первинного пучка можуть передати частину своєї енергії електронам із зони провідності, т. Е. Слабо пов'язаним з атомами. В результаті такої взаємодії може відбутися відрив електронів і іонізація атомів. Такі електрони називаються вторинними. Ці електрони зазвичай мають невелику енергією (порядку 50 еВ). Будь-електрон первинного пучка володіє енергією, достатньою для появи декількох вторинних електронів.

Так як енергія вторинних електронів невелика, їх вихід можливий тільки з приповерхневих шарів матеріалу (менше 10 нм). Завдяки невеликій кінетичної енергії ці електрони легко відхиляються незначною різницею потенціалів. Це робить можливим істотно підвищити ефективність детекторів (зібрати максимально можливу їх кількість) і отримати високоякісні зображення з хорошим ставленням сигнал / шум і дозволом близько 4 нм при діаметрі пучка 3 нм.

Беручи до уваги, що вторинні електрони генеруються приповерхневими шарами, вони дуже чутливі до стану поверхні. Мінімальні зміни відображаються на кількості зібраних електронів. Таким чином цей тип електронів несе в собі інфорамцію про рельєф зразка. Однак, вони мало чутливі щодо щільності матеріалу, а, отже і фазового контрасту [10].

Режими роботи

РЕМ JEOL JSM 6430F

Зазвичай для отримання інформації про структуру поверхні використовуються вторинні і / або відбиті (назад-розсіяні) електрони. Контраст у вторинних електронах найсильніше залежить від рельєфу поверхні, тоді як відбиті електрони несуть інформацію про розподіл електронної щільності (області, збагачені елементом з великим атомним номером виглядають яскравіше). Тому назад-розсіяні електрони, які генеруються одночасно зі вторинними, крім інформації про морфології поверхні містять додаткову інформацію і про склад зразка. Опромінення зразка пучком електронів призводить не тільки до утворення вторинних і відбитих електронів, а також викликає випускання характеристичного рентгенівського випромінювання. Аналіз цього випромінювання дозволяє визначити елементний склад мікрооб'ємах зразка (дозвіл не краще 1 мкм).

Детектування вторинних електронів

Для визначення вторинних електронів використовується детектор Еверхарт-Торнлі, що дозволяє селективно ідентифікувати електрони з енергією менше 50 еВ.

Детектування відбитих електронів

Деякі моделі мікроскопів оснащені високочутливим напівпровідникових детектором назад-розсіяних електронів. Детектор змонтований на нижній поверхні об'єктивної лінзи або вводитися на спеціальному стрижні під полюсной наконечник. Це дозволяє шляхом вибору режиму з меню отримати зображення топографії поверхні, зображення в композиційному контрасті або в темному полі.

Детектується характеристичне випромінювання речовини, вознікающеее при опроміненні електронами ... Існує енергодисперсійного (EDX) і волнодісперсіонние (WDX) аналізатори.

До теперішнього часу використовуються енергодисперсійного спектрометри з азотним охолодженням, проте в останні роки виробники переходять на безазотні детектори.

Дозвіл

Просторова роздільна здатність скануючого електронного мікроскопа залежить від поперечного розміру електронного пучка, який, в свою чергу залежить від електронно-оптичної системи, котра фокусує пучок. Дозвіл також обмежена розміром області взаємодії електронного зонда із зразком. Розмір електронного зонда і розмір області взаємодії зонда зі зразком набагато більша, ніж відстань між атомами мішені. Таким чином, дозвіл скануючого електронного мікроскопа мало для відображення атомних площин і навіть атомів, на відміну від сучасних просвічують мікроскопів. Проте, растровий електронний мікроскоп має ряд переваг перед просвітчастим мікроскопом. Це - візуалізація порівняно великий області зразка, дослідження масивних об'єктів (а не тільки тонких плівок), набір аналітичних методів, що дозволяють вимірювати склад і властивості досліджуваного об'єкта.

Залежно від конкретного приладу і параметрів експерименту, може бути отримано дозвіл від десятків до одиниць нанометрів. На 2009 рік найкраще дозвіл було досягнуто на мікроскопі Hitachi S-5500 і склало 0.4 нм (при напрузі 30 кВ). [2]

Як правило, найкраще дозвіл може бути отримано при використанні вторинних електронів, найгірше - в характеристичний рентгенівському випромінюванні. Останнє пов'язано з великим розміром області збудження випромінювання, в кілька разів перевищує розмір електронного зонда. При використанні режиму низького вакууму дозвіл кілька погіршується.

застосування

Растрові мікроскопи застосовуються як дослідницький інструмент у фізиці, електроніці, біології та матеріалознавства. Їх головна функція - отримання зображення досліджуваного зразка, яке залежить від реєстрованого сигналу. Зіставлення зображень, отриманих в різних сигналах, дозволяють робити висновок про морфології і склад поверхні. Растровий електронний мікроскоп практично єдиний прилад, який може дати зображення поверхні сучасної мікросхеми або проміжної стадії фотолітографічного процесу.

Характеристики сучасного реєстрового мікроскопаХарактерістікі растрового електронного мікроскопа JEOL серії JSM-6510

Дозвіл в режимі високого вакууму 3.0 нм (30кВ), 8.0 нм (3кВ), 15.0 (1кв)

Дозвіл в режимі низького вакууму 4.0 нм (30кВ)

Збільшення Від x8 до x300 000 (при 11кв або вище)

Від x5 до x300 000 (при 10кВ або нижче)

Попередньо встановлене збільшення пятішаговой, що настроюється

Набір керуючих меню користувача Оптика, столик зразка, режим зображення, тиск LV, стандартний набір

Режим зображення Під вторинних електронах, «склад» *, «топографія» *, темне поле *

Прискорює напруга Від 0.5кВ до 30кВ

Катод LaB6 юстіровать в заводських умовах

Електронна гармата Автоматизована, з ручною корекцією

Конденсор Зум-конденсор

Об'єктив Сверхконіческій об'єктив

Апаратура об'єктива 3-х стадийная, з тонким налаштуванням по XY

Пам'ять стігматора Вбудована

Електричний зсув зображення ± 50 мкм, (WD = 10 мм)

Автоматичні функції Фокус, яскравість, контраст, стігматор

Столик для зразків Евцентріческій, нахил від -10oo до + 90oo

Привід столика Опціонально (2-х, 3-х і 5-ти осьовий)

Навігація Два зображення

Заміна зразків висуванню збоку

Максимальний розмір зразка 150 мм в діаметрі

Комп'ютер IBM PC / AT сумісний

Операційна система MS Windows XP

Монітор Рідкокристалічний, 15 ", один або два **

Розмір зображення 640 x 480, 1280 x 960, 2560 x 1920 пікселів

Висновок у повний розмір Вбудований

Реперні зображення Два

Псевдоокрашіваніе Вбудоване

Кількість виведених зображень Два зображення, чотири зображення

Цифрове збільшення Вбудований

Подвійне збільшення Вбудований

Мережевий інтерфейс Ethernet

Формат зображень BMP, TIFF, JPEG

Автоматичне архівування Вбудоване

Програма SMile View Вбудована **

Вакуум система Повністю автоматизована

Перемикання вакуум систем * Через функції меню, менше 1 хвилини

LV тиск Від 1 до 270 Pa

Зазвичай для отримання інформації про структуру поверхні використовуються вторинні (відображені) електрони. Зворотно-розсіяні електрони, які генеруються одночасно з вторинними, крім інформації про морфології поверхні несуть додаткову інформацію і про склад зразка.

Опромінення зразка пучком електронів призводить до генерації вторинних и назад-розсіяних електронів, А також викликає випускання характеристичного рентгенівського випромінювання. Коли до мікроскопа підключені відповідні детектори, можна одночасно отримати інформацію про всі ці видах вторинної емісії.

Первинні електрони, які падають на зразок, взаємодіють з електронами зовнішніх оболонок атомів мішені, передаючи їм частину своєї енергії. Відбувається іонізація атомів зразка, а вивільняються в цьому випадку електрони можуть покинути зразок і бути виявлені у вигляді вторинних електронів. Вони характеризуються малою енергією (до 50 еВ) і тому виходять з дільниць зразка дуже близьких до поверхні. Глибина шару, що дає вторинні електрони, становить 1 ... 10 нм. В межах цього шару розсіювання електронів дуже малий, і тому при отриманні зображень у вторинних електронах роздільна здатність визначається, перш за все, діаметром первинного електронного зонда. Вторинні електрони забезпечують максимальну, в порівнянні з іншими сигналами, роздільну здатність близько 5 ... 10 нм. Тому вони є в РЕМ головним джерелом інформації для отримання зображення поверхні об'єкта, і саме для цього випадку наводяться паспортні характеристики приладу.

Кількість які виникають вторинних електронів слабо залежить від атомного номера елемента мішені. Основним параметром, що визначає вихід вторинних електронів, є кут падіння пучка первинних електронів на поверхню мішені. Таким чином, варіації нахилу мікроучастков поверхні викликають різко виражені зміни в виході вторинних електронів. Цей ефект використовується для отримання інформації про топографії поверхні. З метою збільшення емісії вторинних електронів часто зразок встановлюється під кутом до осі зонда. При цьому буде погіршуватися різкість зображення - його розмиття по краях. Для її виправлення в РЕМ передбачена система компенсації кута нахилу.

Метод нахилу зразка застосовують при дослідженні плоских об'єктів (металографічних шліфів і ін.). Для зразків з сильно розвинутим рельєфом повністю провести корекцію кута нахилу не вдається.

Просторова роздільна здатність скануючого електронного мікроскопа залежить від поперечного розміру електронного пучка, який в свою чергу залежить від електронно-оптичної системи, котра фокусує пучок.

Застосування катодів з LaB6 дозволяє підвищити щільність струму в порівнянні з вольфрамовим катодом в шість разів і довести ресурс катода до 500 годин роботи (катод з W -100 годин). В результаті підвищується дозвіл РЕМ, обмежене ставленням сигнал / шум. Дозвіл також обмежена розміром області взаємодії електронного зонда із зразком, тобто від матеріалу мішені.

Розмір електронного зонда і розмір області взаємодії зонда зі зразком набагато більша, ніж відстань між атомами мішені. Таким чином, дозвіл скануючого електронного мікроскопа не так велико, щоб відображати атомарні масштаби, як це можливо, наприклад, в просвічує електронному мікроскопі. Однак, скануючий електронний мікроскоп має свої переваги, включаючи здатність візуалізувати порівняно велику область зразка, здатність досліджувати масивні мішені (а не тільки тонкі плівки), а також різноманітність аналітичних методів, що дозволяють вимірювати фундаментальні характеристики матеріалу мішені. Залежно від конкретного приладу і параметрів експерименту, може бути отримано дозвіл від десятків до одиниць нанометрів.

Скануючі мікроскопи застосовуються в першу чергу як дослідницький інструмент у фізиці, електроніці, біології. В основному це отримання зображення досліджуваного зразка, яке може сильно змінюватися в залежності від застосовуваного типу детектора. Ці відмінності дозволяють робити висновок про фізику поверхні, проводити дослідження морфології поверхні. Електронний мікроскоп практично єдиний прилад, який може дати зображення поверхні сучасної мікросхеми або проміжної стадії фотолітографічного процесу.

Характеристики растрового електронного мікроскопа JEOL серії JSM-6510

Дозвіл в режимі високого вакууму

3.0 нм (30кВ), 8.0 нм (3кВ), 15.0 (1кв)

Дозвіл в режимі низького вакууму

4.0 нм (30кВ)

збільшення

Від x8 до x300 000 (при 11кв або вище)

Від x5 до x300 000 (при 10кВ або нижче)

прискорює напруга

Від 0.5кВ до 30кВ

Максимальний розмір зразка

150 мм в діаметрі

комп'ютер

IBM PC / AT сумісний

Операційна система

MS Windows XP

монітор

Рідкокристалічний, 15 ", один або два **

Розмір зображення

640 x 480, 1280 x 960, 2560 x 1920 пікселів

реперні зображення

Два

Кількість виведених зображень

Два зображення, чотири зображення

цифрове збільшення

вбудоване

Мережевий інтерфейс

Ethernet

автоматичне архівування

вбудоване

LV тиск

Від 1 до 270 Pa

У новій технології скануючої мікроскопії використовуються атоми гелію замість електронів.

Поліпшення вимірювання нанорозмірів є важливим завданням в умовах введення стандартів і поліпшення технічних характеристик в напівпровідникової індустрії і нанотехнології. Новий принцип роботи мікроскопа має на увазі використання атомів гелію для генерування сигналу, використовуваного на дуже малих об'єктах. Це технічний аналог скануючого електронного мікроскопа, вперше запровадженого в використання в 1960-х роках. Парадоксально, що хоча атоми гелію об'ємніше електронів, вони можуть забезпечити більшу роздільну здатність і більший контраст зображень.

Глибина різкості просторового зображення також набагато краще при використанні цієї нової технології, і таким чином велика частина зображення знаходиться у фокусі. Атоми мають більший розмір і більш коротку довжину хвилі, ніж електрон, і саме тому вони забезпечують краще зображення. Картинка постає вже тривимірної, виявляючи деталі менші, ніж нанометр.

Зображення атомів, отримане сучасним скануючим електронним мікроскопом має порівняно слабку глибину різкості - тільки частина картинки знаходиться у фокусі. На противагу цьому, гелевий іонний мікроскоп дає цілісне зображення, чітке і ясне. Дослідники вивчають можливості гелиевого іонного мікроскопа в області наноізмереній, які дуже важливі в області напівпровідникової індустрії і нанотехнологій.

Явна перевага гелиевого іонного мікроскопа - в тому, що він відображає реальні межі, краю зразка набагато краще, ніж скануючий електронний мікроскоп, який дуже чутливий до ручних налаштувань параметрів.

Напівпровідникові підприємства мають багатомільйонні скануючі електронні мікроскопи для обробки і контролю процесів виробництва мікрочіпів. Комбінація вимоги низьких вібрацій і наноізмереній призводить до якоїсь розмитості малюнка, як якщо б був зображений рухомий предмет.

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Читайте також:

закон Вебера

Атомна силова мікроскопія

Пристрій і принцип роботи ПАР -перетворювачі

кондуктометрические датчики

модулятори

ємнісний иммуносенсор

Смугові фільтри на ПАР

Застосування використання MEMS в телекомунікаціях

Фізичні основи колебательной спектроскопії

ОСНОВНІ ТИПИ акустоелектронні ПРИСТРОЇВ Лінії затримки

ефект Зеемана

Пробій Зинера. автоелектронна емісія

Повернутися в зміст: фізичні явища

Всі підручники

© om.net.ua